采用ICPMS分析飲用水中的重金屬

能夠在飛克級范圍內測定分析物的高靈敏度分析儀器已成為許多實驗室的標準設備。正確選擇針頭濾器對飲用水分析的準確性有著決定性的影響，本文將就這一點展開論述。

飲用水是生命所必需的營養物。因此，它的純度是保證其營養價值的基本前提。水中的溶解物質在達到一定濃度時可能產生毒性，甚至對人體健康產生不可逆的損害。許多重金屬在極低濃度下即具有毒性作用。例如：當血液攝取和吸收的鉛濃度達到100μg/L時，便會導致兒童神經生理功能紊亂，如持續性智力障礙以及運動和精神問題。因此，立法者和衛生組織如WHO已經就水中的金屬物質含量提出了建議和限值。例如：歐盟實施了98/83/EC飲用水檢測指令。

          圖1 ICP質譜儀的原理圖

定期監測飲用水

在飲用水處理中，會通過定期監測分析水中的金屬含量是否符合確立的限值。飲用水分析的一個基本步驟是樣品制備，在此過程中使用0.45μm過濾器過濾每份樣品中的未溶解成分。本文中使用的是針頭過濾器。為防止分析結果失真，過濾器不得在待測樣品中釋放與飲用水分析相關的金屬離子。之后，通過ICPAES或靈敏度更高的ICP-MS方法定量測定金屬元素。如果飲用水中的金屬含量低于法定限度，則認為抽樣的飲用水是安全的。

本文研究獲得的分析結果旨在證明檢測所用的Minisart針頭過濾器單元具有非常高的純度，從其中提取的金屬離子低于檢測限或遠低于法定限度。研究還旨在確定Minisart針頭過濾器是否適用于飲用水分析。本研究采用ICP-MS技術作為金屬離子的分析方法。電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)是一種高度復雜的多元素分析技術，在制藥、食品、飲料以及環境保護行業的應用日益廣泛，主要用于微量元素分析。這項技術可在亞ppt檢測限范圍內進行分析(兆分之一=每兆一個粒子或μg/L)。

ICP-MS技術的原理是什么

ICP-MS技術基于原子發射光譜學的原理。在高溫氬等離子體中，樣品中的元素被分解成帶正電離子，并在隨后通過質譜儀時根據其質荷比進行檢測。

原則上，ICP-MS包括下述步驟：樣品制備和進樣;形成氣溶膠;利用氬等離子體源進行電離;質量甄別;以及利用檢測系統進行識別，包括數據分析(基于Worley和Kvech)。圖1顯示了ICP-MS的步驟示意圖。

用于樣品制備的針頭過濾器

我們研究中所用的Minisart針頭過濾器是一次性的，兩個高純度塑料外殼之間包含一個微孔過濾膜，如圖2所示。該過濾膜熱封于殼體內，未使用任何膠粘物。可以使用聚醚砜(PES)、醋酸纖維素(CA)和再生纖維素(RC)等不同材料的過濾膜來分析飲用水中的金屬。

        圖2 Minisart PES 0.45μm針頭濾器

通用的國際標準推薦的孔徑為0.45μm，用于除去未溶解的固體。除了孔徑為0.45μm的PES和CA之外，本研究中還檢測了RC膜的過濾器(孔徑為0.2μm)。對于外殼材料，使用聚丙烯或丙烯酸基多聚合物混合物。在符合DIN EN ISO 9001標準的生產過程中，所有針頭濾器都會自動進行完整性測試。隨后，由質控部門對每個生產批次的壓力耐受性能和流速以及其它屬性進行測試。

金屬物質提取的方法

提取金屬元素物質時，按壓針頭柱塞，使過濾樣品通過由三個相同Minisart過濾器組成的互連單元，0.5?mL一級超純水/cm2過濾面積。每次過濾時均使用10?mL一次性B.Braun針筒。表1列出了所用體積和洗脫液量。使用ICP-MS技術分析了從針頭濾器中獲得的洗脫液(共38種化學元素)。所用儀器為安捷倫ICP-MS 7500系統。本文的結果部分僅列出了根據WHO要求的在飲用水檢測中相對重要的元素的檢測結果。將各洗脫液收集在30?mL Sarstedt小瓶中，并用硝酸和鹽酸完全礦化。對于空白溶液，將5?mL超純水抽吸至10?mL一次性針頭中，然后轉移到Sarstedt小瓶。同時，將硝酸和鹽酸也加入小瓶中。制備ICP-MS分析樣品時，以10μg/L濃度的錸作為內標，加注洗脫液至10?mL。

圖3 鎳、銅和207Pb的校正曲線。y軸代表相應元素濃度，單位為μg/L。x軸代表相應元素與作為內標的錸的信號比(10?μg/L)

對所有檢查元素進行了ICP-MS測量值校準。將相應元素以及空白(零值)的標準溶液進樣至安捷倫ICP-MS 7500系統，然后記錄校正曲線。圖3顯示了元素Ni、Cu和207Pb校正斜率的實例a、b和c，其作為元素濃度(μg/L)的比率函數(特定元素與用作內標的10μg/L錸的信號比)。測試樣品中各元素的濃度由校正曲線計算而得，并列于表2中。

飲用水樣品檢測的結果與討論

飲用水分析的相關參數參見表2。檢出限為0.1μg/L，內標回收率為100%(10μg/L)。12種元素中，7種元素的數值低于該限值，溶液中未檢測到金屬離子。12種元素中，5種元素的數值高于檢測限，分別為Al、Cu、Fe、Ni和Na。在包括空白溶液在內的所有樣品中，鈉元素始終顯示為最高值。對于鐵元素，確定了空白值為0.58μg/L;Minisart NML 的檢測值是 1.2μg/L。僅在空白溶液中檢出鋁元素(0.69μg/L)。Minisart RC檢測到了銅和鎳，數值分別為0.13μg/L和0.33μg/L。檢測結果明確顯示，各種Minisart類型的洗脫液中檢查的元素濃度(以μg/L表示)遠低于WHO要求的限度值，并且也低于許多元素的0.1μg/L檢測限。

對于單個樣品，所測量的數值特別是鈉元素高于檢測限。但是，這些數值低于飲用水限值的幾十倍，且不會添加任何顯著數量的金屬。

結果表明，使用的賽多利斯Minisart針頭濾器不會將任何顯著量的金屬離子釋放至樣品中，非常適合于樣品制備，特別是用于除去未溶解成分以及采用ICP-MS和ICP-AES方法的飲用水金屬檢測。